[发明专利]用金刚石膜作热沉材料的LED芯片基座及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于LED热沉的技术领域，特别涉及LED芯片陶瓷基座与CVD金刚石膜结合做LED新型热沉材料。

背景技术

LED全称为半导体发光二极管，可直接将电能转化成光能。半导体元器件通常对温度十分敏感，对于大功率LED来说，P-N结的温度上升非常明显，而许多应用又需要将多个大功率LED密集矩阵排列使用，其散热问题尤其明显。长时间发热或过高的温度会严重影响器件的效率、稳定性和使用寿命，所以热沉材料的选用是提高LED性能需要考虑的问题。而当前需要耐高温的LED，以长时间照明的路灯、需强光照明的医疗灯具、大面积显示屏等用途为主，因此必须选择可高度散热的LED商品。

和本发明接近的是潮州三环(集团)股份有限公司的发明专利(申请号200810066253.3，200810066254.8)。公开的一种高功率LED陶瓷封装基座，是在原有结构的基础上，将基座的下陶瓷层改为“由氧化铝陶瓷材料或氮化铝陶瓷材料制成”。上述专利提到了一种SMD高功率LED的Al₂O₃或AlN陶瓷封装基座，提高了SMD高功率LED封装基座散热性能，增强了LED产品耐高低温冲击性能。但是Al₂O₃(热导率18-20W/mk)和AlN(170-230W/mk)陶瓷的导热率低，仍达不到高度散热的LED商品的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：基于现有陶瓷封装基座的不足之处，本发明设计了一种用金刚石膜做热沉材料的LED芯片基座；并解决将金刚石膜与基座的下陶瓷层固定在一起的问题。采用金刚石膜作为LED的热沉，使其散热性能得到明显的改善。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种用金刚石膜做热沉材料的LED芯片基座，结构包括上陶瓷层10、下陶瓷层20。在上陶瓷层10上面安装有反射杯5，下陶瓷层20上面安装有贴片区1、电极打线区2，在下陶瓷层20内开有竖直的电导通孔4和装有竖直的导热柱6，在下陶瓷层20下面安装有底部焊盘3和散热焊盘7。下陶瓷层20采用Al₂O₃陶瓷材料或AlN陶瓷材料。

本发明在下陶瓷层20上表面或/和下表面上有金刚石膜9；在下陶瓷层20内打孔放入导热柱6，导热柱6采用高导热材料，如CVD金刚石、聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)等材料的，增强基座纵向及横向传热效果。导热柱6可采用激光切割法制得。

同Al₂O₃陶瓷(热导率18-20W/mk)或AlN陶瓷(170-230W/mk)相比，金刚石(热导率1300-2000W/mk)的热导率要高10倍甚至百倍，因此在Al₂O₃或AlN陶瓷上增加金刚石膜做热沉，增加高导热材料的导热柱，可将LED工作中产生的热以更快的速率导出，提高LED的使用效能。

为了用金刚石膜做LED芯片基座的热沉材料，可以采用如下两个方案将金刚石膜制作在下陶瓷层20表面上。

方案一：在通常Al₂O₃或AlN陶瓷基座的下陶瓷层20表面上沉积金刚石膜，利用金刚石膜的高热导率，将LED器件工作中的散热加速传递出去，提高LED的工作效率。

方案二：在通常Al₂O₃或AlN陶瓷基座的下陶瓷层20表面上焊接化学气相沉积(CVD)的自支撑金刚石膜做成LED芯片的热沉系统。利用金刚石膜的高热导率，将LED器件工作中的散热加速传递出去，提高LED的工作效率。

沉积金刚石膜的具体技术方案如下：

一种用金刚石膜做热沉材料的LED芯片基座的制作方法，首先在下陶瓷层20的表面沉积金刚石膜，再在下陶瓷层20上安装上陶瓷层10和反射杯5，最后在下陶瓷层20内装入导热柱6。所述的沉积金刚石膜，是在AlN陶瓷材料的下陶瓷层20上沉积金刚石膜，或在Al₂O₃陶瓷材料的下陶瓷层20上先镀一层AlN膜做过渡层再沉积金刚石膜，是采用化学气相沉积(CVD)方法沉积金刚石膜。

化学气相沉积方法可以是微波等离子体CVD法(MPCVD)、电子辅助热灯丝CVD法(EA-HFCVD)、直流热阴极辉光等离子体CVD法或直流喷射等离子体CVD方法等。前述的化学气相沉积方法沉积金刚石膜的工艺条件与现有的工艺条件基本相同。

焊接化学气相沉积(CVD)的自支撑金刚石膜的具体技术方案如下：